(57)【要約】【課題】可変レンズアレイ素子の制御によって、立体視の表示態様を必要に応じて最適化することができるようにした立体表示装置を提供する。【解決手段】可変レンズアレイ素子１の第２の電極２１を、幅がサブピクセルの幅よりも小さくなるように形成し、水平方向には少なくともサブピクセルの水平方向の配列位置ごとに設ける。複数の第２の電極２１のそれぞれに印加する電圧を独立して制御することにより、シリンドリカルレンズの水平方向の位置および形状を少なくともサブピクセル単位で変化させる。例えば、シリンドリカルレンズ５のレンズピッチｐを変化させることで、１つのシリンドリカルレンズ５に対応させる表示パネル２の水平方向の画素数を変化させる。これにより、立体表示の表示態様として、視差数を変化させる。【選択図】図３
2010282090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数色のサブピクセルからなる画素が２次元的に複数配列された画素構造を有し、水平方向の同一列上には各色のサブピクセルが周期的に現れるような画素配列とされ、かつ、垂直方向の同一列には同一色のサブピクセルが配列されるような画素配列とされた表示パネルと、
平面状の第１の電極と、前記第１の電極に対向するように配置されると共に垂直方向に延在する複数の第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置された液晶層とを有し、前記第１の電極と前記第２の電極とによって印加される電圧に応じて前記液晶層内の屈折率分布を変化させることで、前記表示パネルからの表示画像光の通過状態を選択的に変化させるようになされた可変レンズアレイ素子と
を備え、
前記可変レンズアレイ素子において、前記第２の電極は、幅が前記サブピクセルの幅よりも小さく形成され、水平方向には前記サブピクセルの水平方向の配列位置ごとに設けられており、
前記複数の第２の電極のそれぞれに印加する電圧を独立して制御することにより、前記液晶層内の屈折率分布を前記サブピクセル単位で変化させ、立体表示の表示態様を選択的に複数の状態に変化させることが可能に構成されている
立体表示装置。
【請求項２】
前記可変レンズアレイ素子は、等価的に複数のシリンドリカルレンズを水平方向に並列配置したようなレンズ効果を発生させることが可能に構成され、
前記複数の第２の電極のそれぞれに印加する電圧を独立して制御することにより、前記シリンドリカルレンズの水平方向の位置および形状を前記サブピクセル単位で変化させ、立体表示の表示態様を選択的に複数の状態に変化させることが可能に構成されている
請求項１に記載の立体表示装置。
【請求項３】
前記可変レンズアレイ素子において、１つの前記シリンドリカルレンズは、前記表示パネルの水平方向の２つ以上の画素が対応するようになっており、
前記シリンドリカルレンズのレンズピッチを変化させることで、１つの前記シリンドリカルレンズに対応させる前記表示パネルの水平方向の画素数を変化させ、前記立体表示の表示態様として、立体表示の視差数を変化させる態様を含む
請求項２に記載の立体表示装置。
【請求項４】
観察者の視点位置を検出する検出手段と、
検出された前記視点位置に応じて前記第２の電極に印加する電圧の制御を行うことで、前記表示パネルの水平方向の画素位置に対する前記シリンドリカルレンズの位置関係を前記視点位置に応じて変化させる制御手段と
をさらに備え、
前記立体表示の表示態様として、前記視点位置に最適化された立体表示を行う態様を含む
請求項２または３に記載の立体表示装置。
【請求項５】
前記表示パネルには、左眼用の視差画像と右眼用の視差画像とが水平方向に交互に表示され、
前記制御手段は、前記視点位置に最適化された立体表示として、観察者の左眼位置には前記左眼用の視差画像のみが到達し、観察者の右眼位置には前記右眼用の視差画像のみが到達することとなるように前記シリンドリカルレンズの位置を変化させる
ようになされている請求項４に記載の立体表示装置。
【請求項６】
さらに、前記視点位置に応じて、前記表示パネルに表示する前記左眼用の視差画像の内容と前記右眼用の視差画像の内容とを前記視点位置に応じた視差情報が含まれるような内容に変化させる
ようになされている請求項５に記載の立体表示装置。
【請求項７】
前記レンズアレイ素子は、レンズ効果の無い状態とレンズ効果を発生させた状態とに電気的に切り替え可能に構成され、
前記レンズアレイ素子を前記レンズ効果の無い状態として、前記表示パネルからの表示画像光を偏向させることなく透過させることで２次元表示を行い、
前記レンズアレイ素子を前記レンズ効果を発生させた状態として、前記表示パネルからの表示画像光を前記シリンドリカルレンズによって水平方向に偏向させることで、水平方向に両眼を置いたときに立体感が得られるような立体表示を行う
ようになされている請求項２に記載の立体表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変レンズアレイ素子を用いてレンチキュラ方式による立体視を実現する立体表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、特殊な眼鏡を装着する必要がなく、裸眼で立体視が可能な立体表示方式の一つとして、図１１に示したようなレンチキュラレンズ３０１を用いたレンチキュラ方式と呼ばれるものがある。このレンチキュラレンズ３０１は、一次元方向にのみ屈折力を持つシリンドリカルレンズ（円筒レンズ）３０５と呼ばれるかまぼこ型のレンズを、一次元方向に多数配列したシリンドリカルレンズアレイである。
【０００３】
図１２は、レンチキュラレンズ３０１を用いた立体表示装置の構成例を示し、図１３はレンチキュラ方式による立体表示の概念を示している。この立体表示装置は、２次元表示装置からなる表示パネル３０２の表示面３０２Ａに対して、レンチキュラレンズ３０１が対向配置された構成とされている。各シリンドリカルレンズ３０５は、表示パネル３０２の表示面３０２Ａに対して縦方向に延在し、左右方向に屈折力を有するように配置されている。表示パネル３０２の表示面３０２Ａには、規則的に複数の表示画素３０４が２次元配列されている。画素３０４は、赤色用サブピクセル３０４Ｒ、緑色用サブピクセル３０４Ｇ、および青色用サブピクセル３０４Ｂからなる。画素３０４は、水平方向の同一列上には各色のサブピクセルが周期的に現れ、かつ、垂直方向の同一列には同一色のサブピクセルが配列されるようなストライプ状の画素配列とされている。レンチキュラ方式では、１つのシリンドリカルレンズ３０５のレンズピッチｐに対して水平方向に２つ以上の画素３０４を割り当てる。
【０００４】
図１２および図１３では２眼式の立体表示の例を示しており、各シリンドリカルレンズ３０５に対して、隣接する２本の画素列Ｒ，Ｌが割り当てられている。表示パネル３０２では、一方の画素列Ｒには右視差画像を表示し、他方の画素列Ｌに左視差画像を表示する。表示された各視差画像は各シリンドリカルレンズ３０５によって左右別々の光路に振り分けられる。これにより、所定の位置、所定の方向から観察者が立体表示装置を見た場合、左右の視差画像が適切に観察者の右眼３Ｒおよび左眼３Ｌに到達し、立体像が知覚される。一般的な観察者の場合、左眼３Ｌと右眼３Ｒとの距離Ｗは約６ｃｍ離れており、レンチキュラレンズ３０１の形状および配置位置はそれに応じたものとされている。レンチキュラレンズ３０１の焦点は、例えば観察者が６０ｃｍ離れた位置からレンチキュラレンズ３０１を観察すると、右眼３Ｒには２倍に拡大された右側の画素３０４からの画像情報だけが入るように設計されている。同様に、左眼３Ｌには左側の画素３０４からの画像情報が入るように設計されている。
【０００５】
同様にして、多眼式の場合、３つ以上の視点に相当する位置および方向において撮影した複数の視差画像を、シリンドリカルレンズ３０５の横方向のレンズピッチ内で等分して割り当てて表示する。これにより、３つ以上の視差画像が、レンチキュラレンズ３０１によって連続的な異なる角度範囲に出射され、結像される。この場合、観察者の視線の位置および方向の変化に応じて、複数の異なる視差画像が知覚される。視点変化に応じた視差画像の変化が多いほど、より現実に近い立体感を得ることができる。
【０００６】
ところで、レンチキュラレンズ３０１としては、例えば樹脂成型された、形状およびレンズ効果が固定のレンズアレイを用いることができるが、この場合、レンズ効果が固定なので３次元表示専用の表示装置となってしまう。一方、レンチキュラレンズ３０１として、例えば液晶レンズ方式による可変レンズアレイ素子を用いることができる。液晶レンズ方式による可変レンズアレイ素子の場合、レンズ効果の有無を電気的に切り替えることができるため、２次元表示装置と組み合わせて、２次元表示モードと３次元表示モードとの２つの表示モードを切り替えることができる。すなわち、２次元表示モードでは、レンズアレイをレンズ効果の無い状態（屈折力の無い状態）とし、２次元表示装置からの表示画像光をそのままの状態で通過させる。３次元表示モードでは、レンズアレイをレンズ効果を発生させた状態とし、２次元表示装置からの表示画像光を複数の視野角方向に偏向させることで立体視を実現する。特許文献１および２には、このような液晶レンズ方式による可変レンズアレイ素子を用いた立体表示装置に関する発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−９３７０号公報
【特許文献２】特開２００７−２２６２３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来、レンチキュラ方式による立体表示装置は、レンズアレイ素子が可変式であっても、表示パネルに対するシリンドリカルレンズの配置位置および形状は固定である。このため、立体表示の表示態様は常に１つの状態に固定されているが、立体表示の表示態様を変化させたい場合がある。例えば従来では立体表示時の視差数はあらかじめ固定された視差数となるように構成されているが、画像の内容や観察者の好みに応じて視差数を変化させたい場合がある。例えば視差数が多いと立体表示時の解像度が視差数分の１に低下して解像度が不足する。逆に、視差数が少ないと立体表示時の立体感や視野角が不足するという問題がある。このため、解像度を優先する場合には視差数を少なくし、立体感を優先する場合には視差数を多くするというように、画像の内容や観察者の好みに応じて視差数を任意に選択可能にすることができれば便利である。
【０００９】
また、従来では観察者の視点位置に対してレンズの配置位置および形状は固定であるが、観察者の視点位置に応じてレンズの配置位置および形状を変えたい場合がある。例えば観察者の視点位置が水平方向に移動すると、左右の画像情報が入れ替わってしまう逆視の問題がある。また、視点位置によっては、観察する側において一方の画像（例えば左眼用の画像）に他方の画像（例えば右眼用の画像）が混じってしまうクロストークの問題がある。このような問題が生じないように、レンズの配置位置および形状を視点位置に応じて変化させることができれば便利である。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、可変レンズアレイ素子の制御によって、立体視の表示態様を必要に応じて最適化することができるようにした立体表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による立体表示装置は、複数色のサブピクセルからなる画素が２次元的に複数配列された画素構造を有し、水平方向の同一列上には各色のサブピクセルが周期的に現れるような画素配列とされ、かつ、垂直方向の同一列には同一色のサブピクセルが配列されるような画素配列とされた表示パネルと、平面状の第１の電極と、第１の電極に対向するように配置されると共に垂直方向に延在する複数の第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間に配置された液晶層とを有し、第１の電極と第２の電極とによって印加される電圧に応じて液晶層内の屈折率分布を変化させることで、表示パネルからの表示画像光の通過状態を選択的に変化させるようになされた可変レンズアレイ素子とを備えているものである。そして、可変レンズアレイ素子の第２の電極を、幅がサブピクセルの幅よりも小さくなるように形成し、水平方向にはサブピクセルの水平方向の配列位置ごとに設けるようにしたものである。そして、複数の第２の電極のそれぞれに印加する電圧を独立して制御することにより、液晶層内の屈折率分布をサブピクセル単位で変化させ、立体表示の表示態様を選択的に複数の状態に変化させることが可能に構成したものである。
ここで、可変レンズアレイ素子は、例えば等価的に複数のシリンドリカルレンズを水平方向に並列配置したようなレンズ効果を発生させることが可能に構成されていても良い。そして、複数の第２の電極のそれぞれに印加する電圧を独立して制御することにより、シリンドリカルレンズの水平方向の位置および形状をサブピクセル単位で変化させ、立体表示の表示態様を選択的に複数の状態に変化させることが可能に構成されていても良い。
【００１２】
本発明による立体表示装置では、複数の第２の電極のそれぞれに印加する電圧を独立して制御することにより、液晶層内の屈折率分布を少なくともサブピクセル単位で変化させる。これにより、立体表示の表示態様を選択的に複数の状態に変化させる。例えばシリンドリカルレンズを形成する場合、レンズピッチを変化させることで、１つのシリンドリカルレンズに対応させる表示パネルの水平方向の画素数を変化させ、表示態様として、少なくとも立体表示の視差数を変化させる。また例えば、観察者の視点位置に応じて第２の電極に印加する電圧の制御を行うことで、表示パネルの水平方向の画素位置に対するシリンドリカルレンズの位置関係を視点位置に応じて変化させる。これにより、立体表示の表示態様として、少なくとも視点位置に最適化された立体表示を行う。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の立体表示装置によれば、可変レンズアレイ素子における液晶層内の屈折率分布を少なくともサブピクセル単位で細かく制御できるようにしたので、立体視の表示態様を必要に応じて最適化することができる。例えばシリンドリカルレンズを形成する場合、レンズピッチを変化させることで、画像の内容や観察者の好みに応じて立体表示の視差数を変化させて最適化することができる。また例えば、表示パネルの画素位置に対するシリンドリカルレンズの位置関係を視点位置に応じて変化させることで、視点位置に最適化された立体表示を行うことができ、逆視やクロストークを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る立体表示装置の全体構成を示す構成図である。
【図２】（Ａ）は図１に示した立体表示装置において２次元表示を行う場合の構成を示す断面図であり、（Ｂ）は２次元表示を行う場合に可変レンズアレイ素子に印加される電圧を示す波形図である。（Ｃ）は２次元表示を行う場合の立体表示装置の表示状態を光学的に等価に示した説明図である。
【図３】（Ａ）は図１に示した立体表示装置において２視差での立体表示を行う場合の構成を示す断面図であり、（Ｂ）は２視差での立体表示を行う場合に可変レンズアレイ素子に印加される電圧を示す波形図である。（Ｃ）は２視差での立体表示を行う場合の立体表示装置の表示状態を光学的に等価に示した説明図である。
【図４】図１に示した立体表示装置における可変レンズアレイ素子の電極部分の構成例を示す断面図である。
【図５】（Ａ）は図１に示した立体表示装置において３視差での立体表示を行う場合の構成を示す断面図であり、（Ｂ）は３視差での立体表示を行う場合に可変レンズアレイ素子に印加される電圧を示す波形図である。（Ｃ）は３視差での立体表示を行う場合の立体表示装置の表示状態を光学的に等価に示した説明図である。
【図６】レンチキュラ方式による立体表示で生ずるクロストークの問題について示す説明図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る立体表示装置の一例を示す構成図である。
【図８】図７に示した立体表示装置において立体表示を行う場合の構成を、可変レンズアレイ素子に印加される電圧波形と共に示す断面図である。
【図９】図７に示した立体表示装置において視点が右方向に移動した場合の立体表示の状態を光学的に等価に示した断面図である。
【図１０】図７に示した立体表示装置において視点が左方向に移動した場合の立体表示の状態を光学的に等価に示した断面図である。
【図１１】レンチキュラレンズを示す構成図である。
【図１２】レンチキュラレンズを用いた立体表示装置を示す構成図である。
【図１３】レンチキュラ方式による立体表示の概念を示す説明図である。
【図１４】従来の液晶レンズ方式による可変レンズアレイ素子を用いた立体表示装置を示す構成図である。
【図１５】（Ａ）は図１４に示した立体表示装置において２次元表示を行う場合の構成を示す断面図であり、（Ｂ）は２次元表示を行う場合に可変レンズアレイ素子に印加される電圧を示す波形図である。（Ｃ）は２次元表示を行う場合の立体表示装置の表示状態を光学的に等価に示した説明図である。
【図１６】（Ａ）は図１４に示した立体表示装置において立体表示を行う場合の構成を示す断面図であり、（Ｂ）は立体表示を行う場合に可変レンズアレイ素子に印加される電圧を示す波形図である。（Ｃ）は立体表示を行う場合の立体表示装置の表示状態を光学的に等価に示した説明図である。
【図１７】図１４に示した立体表示装置における可変レンズアレイ素子の電極部分の構成例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
＜第１の実施の形態＞
［比較例の立体表示装置の構成］
本実施の形態に係る立体表示装置の構成を説明する前に、比較例として、液晶レンズ方式による可変レンズアレイ素子を用いた従来の立体表示装置の構成を説明する。図１４は、その立体表示装置の全体構成を示している。この立体表示装置は、２次元的に画像表示を行う表示パネル２と、表示パネル２の表示面２Ａ側に対向するように配置された可変レンズアレイ素子１０１とを備えている。この立体表示装置は、２次元表示モードと３次元表示モードとの２つの表示モードを切り替えることが可能とされている。
【００１７】
表示パネル２は、例えば液晶表示ディスプレイや有機ＥＬ（Electro-Luminescence）ディスプレイで構成されている。表示パネル２は、２次元表示を行う場合には２次元画像データに基づく映像表示を行い、３次元立体表示を行う場合には３次元画像データに基づく映像表示を行うようになっている。なお、３次元画像データとは、例えば、立体表示における複数の視野角方向に対応した複数の視差画像を含むデータである。例えば２眼式の立体表示を行う場合、右眼表示用と左眼表示用の視差画像のデータである。表示パネル２の表示面２Ａには、規則的に複数の表示画素４が２次元的に配列されている。画素４は、赤色用サブピクセル４Ｒ、緑色用サブピクセル４Ｇ、および青色用サブピクセル４Ｂからなる。画素４は、水平方向の同一列上には各色のサブピクセルが周期的に現れ、かつ、垂直方向の同一列には同一色のサブピクセルが配列されるようなストライプ状の画素配列とされている。
【００１８】
可変レンズアレイ素子１０１は、液晶レンズ方式による可変レンズアレイであり、電気的にレンズ効果のオン・オフ制御を行うことが可能なものである。可変レンズアレイ素子１０１は、表示モードに応じてレンズ効果を制御することで、表示パネル２からの光線の通過状態を選択的に変化させるようになっている。
【００１９】
［可変レンズアレイ素子１０１の構成］
図１５（Ａ）は、図１４に示した立体表示装置において２次元表示を行う場合の断面構成を示している。図１５（Ｂ）は、その２次元表示を行う場合に可変レンズアレイ素子１０１に印加される電圧を示している。図１５（Ｃ）は２次元表示を行う場合の立体表示装置の表示状態を光学的に等価に示している。図１６（Ａ）は図１４に示した立体表示装置において立体表示を行う場合の断面構成を示している。図１６（Ｂ）は、その立体表示を行う場合に可変レンズアレイ素子１０１に印加される電圧を示している。図１６（Ｃ）は立体表示を行う場合の立体表示装置の表示状態を光学的に等価に示している。
【００２０】
可変レンズアレイ素子１０１は、間隔を空けて互いに対向配置された第１の基板１０および第２の基板２０と、それら第１の基板１０および第２の基板２０の間に配置された液晶層３０とを備えている。第１の基板１０および第２の基板２０は、例えばガラス材料または樹脂材料よりなる透明基板である。第１の基板１０上における第２の基板２０に対向する側には、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜などの透明な導電膜からなる第１の電極１１がほぼ全面に一様に形成されている。図示を省略しているが、第１の基板１０上にはまた、第１の電極１１を介して液晶層３０に接するように第１の配向膜が形成されている。第２の基板２０上における第１の基板１０に対向する側には、ＩＴＯ膜などの透明な導電膜からなる第２の電極２１が部分的に形成されている。図示を省略しているが、第２の基板２０上にはまた、第２の電極２１を介して液晶層３０に接するように第２の配向膜が形成されている。
【００２１】
液晶層３０は、液晶分子３１を含み、第１の電極１１と第２の電極２１とに印加される電圧に応じて液晶分子３１の配列方向が変化することでレンズ効果が制御されるようになっている。液晶分子３１は、屈折率異方性を有し、例えば長手方向と短手方向とで通過光線に対して屈折率の異なる屈折率楕円体の構造を有している。液晶層３０は、第１の電極１１と第２の電極２１とに印加される電圧の状態に応じて、レンズ効果の無い状態と、レンズ効果が発生する状態とに電気的に切り替わるようになっている。
【００２２】
図１７は、可変レンズアレイ素子１０１の電極部分の平面構成例を示している。図１６（Ｃ）では、図１７に示した電極構造である場合に可変レンズアレイ素子１０１によって形成されるレンズ形状を光学的に等価に示している。第１の電極１１は、平面状に形成されている。第２の電極２１は、例えばサブピクセルの幅より小さい幅の電極幅を有して縦方向に延在している。そして、図１６（Ｃ）に示したように第２の電極２１は、レンズ効果を発生させたときのレンズピッチｐに相当する周期間隔で複数、並列的に配置されている。レンズ効果を発生させる場合には、液晶層３０を挟む上下の電極間で、液晶分子３１の配列に変化を生じさせることが可能となるような所定の電位差を与えるようにする。第２の電極２１には例えば交流の駆動電圧が印加される。図１６（Ｂ）には、第２の電極２１に印加される駆動電圧（交流の駆動電圧の実効値）の一例を示している。第１の電極１１は全面に形成され、第２の電極２１は横方向に間隔を空けて部分的に形成されているので、第２の電極２１に図１６（Ｂ）に示したような所定の駆動電圧を印加すると、液晶層３０内での電界分布に偏りが生ずる。すなわち、第２の電極２１が形成されている領域に対応する部分では駆動電圧に応じて電界強度が強くなり、第２の電極２１から横方向に離れるほど電界強度が弱くなるような電界が発生する。すなわち、横方向（Ｘ方向）にレンズ効果が発生するように電界分布が変化する。等価的には、図１６（Ｃ）に示したように、水平方向（Ｘ方向）に屈折力のあるシリンドリカルレンズが、水平方向に複数、並列配置されたようなレンズ状態となる。
【００２３】
表示パネル２の画素４は、可変レンズアレイ素子１０１によって形成されるシリンドリカルレンズのピッチｐに対してＮ個（２以上の整数）分、配置されている。３次元表示モードでは、このＮ個分、立体表示における光線数（視線数）を提示することになる。図１６（Ａ）〜（Ｃ）では２眼式の立体表示の例を示しており、可変レンズアレイ素子１０１によって形成される各シリンドリカルレンズに対して、隣接する２本の画素列Ｒ，Ｌが割り当てられている。表示パネル２では、一方の画素列Ｒには右視差画像を表示し、他方の画素列Ｌに左視差画像を表示する。表示された各視差画像は各シリンドリカルレンズによって左右別々の光路に振り分けられる。これにより、所定の位置、所定の方向から観察者が立体表示装置を見た場合、左右の視差画像が適切に観察者の右眼３Ｒおよび左眼３Ｌに到達し、立体像が知覚される。一般的な観察者の場合、左眼３Ｌと右眼３Ｒとの距離Ｗは約６ｃｍ離れており、各シリンドリカルレンズの形状および配置位置はそれに応じたものとされている。各シリンドリカルレンズの焦点は、例えば観察者が６０ｃｍ離れた位置から可変レンズアレイ素子１０１を観察すると、右眼３Ｒには２倍に拡大された右側の画素４からの画像情報だけが入るように設計されている。同様に、左眼３Ｌには左側の画素４からの画像情報が入るように設計されている。
【００２４】
なお、２次元表示を行う場合には、図１５（Ｂ）に示したように第２の電極２１に印加される駆動電圧（交流の駆動電圧の実効値）をゼロとする。この場合、液晶層３０内での屈折率分布が一様になるのでレンズ効果が無い状態となる。このため、等価的には、図１５（Ｃ）に示したような表示状態となり、表示パネル２からの表示画像光が偏向されることなくそのまま透過して観察者の両眼に到達する。すなわち、同一の画素４からの光が左眼３Ｌと右眼３Ｒとの双方に到達するので、表示パネル２に表示された画像が２次元的に知覚される。
【００２５】
［第１の実施の形態に係る立体表示装置の構成］
次に、本実施の形態に係る立体表示装置の構成を説明する。なお、図１４、図１５（Ａ）および図１６（Ａ）に示した比較例の立体表示装置と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００２６】
図１は、本実施の形態に係る立体表示装置の全体構成を示している。この立体表示装置は、上記比較例の立体表示装置に対して可変レンズアレイ素子１の構造が異なっている。表示パネル２の構成は同様である。
【００２７】
図２（Ａ）は、図１に示した立体表示装置において２次元表示を行う場合の断面構成を示している。図２（Ｂ）は、その２次元表示を行う場合に可変レンズアレイ素子１に印加される電圧を示している。図２（Ｃ）は２次元表示を行う場合の立体表示装置の表示状態を光学的に等価に示している。図３（Ａ）は図１に示した立体表示装置において立体表示を行う場合の断面構成を示している。図３（Ｂ）は、その立体表示を行う場合に可変レンズアレイ素子１に印加される電圧を示している。図３（Ｃ）は立体表示を行う場合の立体表示装置の表示状態を光学的に等価に示している。図４は、可変レンズアレイ素子１の電極部分の平面構成例を示している。
【００２８】
本実施の形態における可変レンズアレイ素子１と、上記比較例における可変レンズアレイ素子１０１とでは、第２の電極２１の構造が異なっている。上記比較例における可変レンズアレイ素子１０１では、第２の電極２１がレンズ効果を発生させたときのレンズピッチｐに相当する周期間隔で部分的に形成されていた。これに対し、本実施の形態における可変レンズアレイ素子１では、第２の電極２１が、水平方向には少なくともサブピクセル４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの配列位置ごとに細かく設けられている。第２の電極２１は、幅がサブピクセル４Ｒ，４Ｇ，４Ｂとほぼ同等か小さくなるように形成されている。なお、図２（Ａ）および図３（Ａ）では、第２の電極２１がサブピクセル４Ｒ，４Ｇ，４Ｂに対応する位置に、ピクセル数と同じ数だけ均等に設けられている例を示しているが、これよりも電極の分割数が多い構成でも構わない。この可変レンズアレイ素子１では、複数の第２の電極２１のそれぞれに印加する電圧を独立して制御することが可能とされている。そして、液晶層３０内の屈折率分布を少なくともサブピクセル単位で変化させることにより、レンズ効果を発生させた場合のシリンドリカルレンズ５の水平方向の位置および形状を少なくともサブピクセル単位で変化させることが可能となっている。
【００２９】
［立体表示装置の動作］
この立体表示装置では、可変レンズアレイ素子１を、レンズ効果の無い状態と、レンズ効果の発生する状態とに切り替えることにより、２次元表示と立体表示との電気的な切り替えを行う。すなわち、可変レンズアレイ素子１をレンズ効果の無い状態として、表示パネル２からの表示画像光を偏向させることなく透過させることで２次元表示を行う。この場合、上記比較例に係る立体表示装置と同様、可変レンズアレイ素子１において、図２（Ｂ）に示したように第２の電極２１に印加される駆動電圧（交流の駆動電圧の実効値）をゼロとする。等価的には、図２（Ｃ）に示したような表示状態となることで、表示パネル２に表示された画像が２次元的に知覚される。
【００３０】
また、可変レンズアレイ素子１をレンズ効果が発生する状態として、表示パネル２からの表示画像光を水平方向に偏向させることで、水平方向に両眼を置いたときに立体感が得られるような立体表示を行う。この場合、可変レンズアレイ素子１において、液晶層３０を挟む上下の電極間で、液晶分子３１の配列に変化を生じさせることが可能となるような所定の電位差を与えるようにする。第２の電極２１には例えば交流の駆動電圧が印加される。図３（Ｂ）には、第２の電極２１に印加される駆動電圧（交流の駆動電圧の実効値）の一例を示している。第１の電極１１は全面に形成され、第２の電極２１は横方向に少なくともサブピクセル単位で細かく形成されている。このため、第２の電極２１に図３（Ｂ）に示したような、電極位置に応じて漸減、漸増する所定の駆動電圧を印加すると、液晶層３０内での電界分布に偏りが生ずる。すなわち、第２の電極２１に印加された漸減、漸増する駆動電圧に応じて電界分布が生じ、横方向（Ｘ方向）にレンズ効果が発生するように電界分布が変化する。シリンドリカル状のレンズを形成するためには、図３（Ｂ）に示したように、駆動電圧としてレンズ中心部に相当する位置から周辺部に行くに連れて駆動電圧が大きくなるような電圧を第２の電極２１に印加すれば良い。等価的には、図３（Ｃ）に示したように、水平方向（Ｘ方向）に屈折力のあるシリンドリカルレンズ５が、水平方向に複数、並列配置されたようなレンズ状態となる。
【００３１】
表示パネル２の画素４は、可変レンズアレイ素子１によって形成されるシリンドリカルレンズ５のピッチｐに対してＮ個（２以上の整数）分、配置されている。３次元表示モードでは、このＮ個分、立体表示における光線数（視線数）を提示することになる。図３（Ａ）〜（Ｃ）では２眼式の立体表示の例を示しており、可変レンズアレイ素子１によって形成される各シリンドリカルレンズ５に対して、隣接する２本の画素列Ｒ，Ｌが割り当てられている。表示パネル２では、一方の画素列Ｒには右視差画像を表示し、他方の画素列Ｌに左視差画像を表示する。表示された各視差画像は各シリンドリカルレンズ５によって左右別々の光路に振り分けられる。これにより、所定の位置、所定の方向から観察者が立体表示装置を見た場合、左右の視差画像が適切に観察者の右眼３Ｒおよび左眼３Ｌに到達し、立体像が知覚される。一般的な観察者の場合、左眼３Ｌと右眼３Ｒとの距離Ｗは約６ｃｍ離れており、各シリンドリカルレンズ５の形状および配置位置はそれに応じたものとされている。
【００３２】
ここで、上記比較例の立体表示装置では、可変レンズアレイ素子１０１において、第２の電極２１がレンズピッチｐに相当する所定の位置にのみ部分的に形成されているため、レンズ効果を発生させた場合のレンズピッチｐは固定である。このため、立体表示の視差数を変化させることはできない。これに対し、本実施の形態に係る立体表示装置では、可変レンズアレイ素子１において、第２の電極２１が少なくともサブピクセル単位で設けられているため、レンズ効果を発生させた場合のレンズピッチｐを細かく制御できる。これにより、１つのシリンドリカルレンズ５に対応させる表示パネル２の水平方向の画素数４を変化させ、立体表示の表示態様として、少なくとも立体表示の視差数を変化させることができる。
【００３３】
図５（Ａ）は、図３（Ａ）に対して視差数を３つに変化させた場合の断面構成を示している。図５（Ｂ）は、３つの視差数で立体表示を行う場合に可変レンズアレイ素子１に印加される電圧を示している。図５（Ｃ）は、その立体表示を行う場合の立体表示装置の表示状態を光学的に等価に示している。この場合、表示パネル２は、３つの種類の視差画像を水平方向に交互に表示する。可変レンズアレイ素子１では、図５（Ｂ）に示したような適切な駆動電圧を第２の電極２１に印加することで、各シリンドリカルレンズ５に対して、隣接する３本の画素列が割り当てられるようにレンズピッチｐを変化させる。これにより、図５（Ｃ）に示したような３視差での立体表示が可能となる。図５（Ｃ）では、観察者が視点位置を左側および右側に移動したときの観察状態を模式的に示している。図５（Ｃ）に示したように、観察者の視点位置が左側に移動したときには、左眼３Ｌに３番の視差画像が認識され、右眼３Ｒに２番の視差画像が認識される。観察者の視点位置が右側に移動したときには、左眼３Ｌに２番の視差画像が認識され、右眼３Ｒに１番の視差画像が認識される。
【００３４】
なお、同様にしてレンズピッチｐを変化させることで、視差数を４つ以上に変化させることも可能である。その場合、表示パネル２には、その視差数Ｎに応じたＮ個の視差画像を表示する。
【００３５】
以上説明したように、本実施の形態に係る立体表示装置によれば、可変レンズアレイ素子１によってシリンドリカルレンズ５のレンズピッチｐを変化させることで、立体表示の視差数を変化させることができる。これにより、例えば画像の内容や観察者の好みに応じて、立体視の表示態様として、視差数を最適化することができる。例えば、画像の内容によって、解像度優先の場合には２視差程度の少視差で表示し、奥行きや視野角優先の場合には多視差で表示するというような最適化が可能となる。
【００３６】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態に係る立体表示装置について説明する。なお、上記第１の実施の形態に係る立体表示装置と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００３７】
上記第１の実施の形態では、可変レンズアレイ素子１によるシリンドリカルレンズ５のレンズピッチｐを変化させることで、立体視の表示態様として、視差数を最適化するようにしたが、さらに他の要因に基づいてレンズ形状を変化させるようにしても良い。図６は、レンチキュラ方式による立体表示で生ずるクロストークの問題について示している。図６では、２視差での立体表示を行っており、表示パネル２に右視差画像Ｒと左視差画像Ｌとを交互に表示している。視点中心Ｐ１は表示パネル２に対して中央に位置している。可変レンズアレイ素子１において、各シリンドリカルレンズ５は、２画素ごとに等間隔で形成されている。すなわち、画面中心部と周辺部とで表示パネル２上の画素４に対する各シリンドリカルレンズ５の位置および形状は同じとなっている。このような場合、画面中心部では左右の視差分離が良好になされるが、画面周辺部では視差分離が十分になされない場合がある。すなわち、画面中心部では観察者の左眼３Ｌに到達する左眼用光線６１Ｌには、左視差画像Ｌの情報のみが含まれ、右眼３Ｒに到達する右眼用光線６１Ｒには、右視差画像Ｒの情報のみが含まれる。一方、画面周辺部では左眼３Ｌに到達する左眼用光線６２Ｌに、左視差画像Ｌの情報だけでなく右視差画像Ｒの情報が含まれてしまう。同様に、、右眼３Ｒに到達する画面周辺部での右眼用光線６２Ｒには、右視差画像Ｒの情報だけでなく左視差画像Ｌの情報が含まれてしまう。このように、一方の視差画像に他方の視差画像が混じってしまう問題はクロストークと呼ばれる。また、観察者の視点位置が水平方向に移動した場合に左右の画像情報が完全に入れ替わってしまう問題は逆視と呼ばれる。本実施の形態は、このような逆視やクロストークの問題を解決するために、表示パネル２の水平方向の画素位置に対するシリンドリカルレンズ５の位置関係を視点位置に応じて変化させるようにしたものである。
【００３８】
［第２の実施の形態に係る立体表示装置の構成］
図７は、本実施の形態に係る立体表示装置の構成例を示している。図８は、図７に示した立体表示装置において立体表示を行う場合の構成を、可変レンズアレイ素子１に印加される電圧波形と共に示している。この立体表示装置は、観察者の視点位置を検出するカメラ５１および視点位置算出部５２と、検出された視点位置に応じて可変レンズアレイ素子１に印加する電圧の制御を行う印加電圧制御部５３とを備えている。表示パネル２および可変レンズアレイ素子１の単体の基本構成は、上記第１の実施の形態と同様である。
【００３９】
本実施の形態において、カメラ５１および視点位置算出部５２が、本発明における「検出手段」の一具体例に対応する。また、印加電圧制御部５３が、本発明における「制御手段」の一具体例に対応する。
【００４０】
カメラ５１は、例えばＣＣＤカメラ（Charge Coupled Device）であり、観察者の左眼３Ｌおよび右眼３Ｒを撮影するようになっている。視点位置算出部５２は、カメラ５１の撮影情報に基づいて、観察者の表示パネル２に対する視点位置を算出するようになっている。ここで、カメラ５１を１台装備した場合には表示パネル２に対する左右の視点位置を検出することが可能である。カメラ５１を表示パネル２の左右に２台装備した場合には、表示パネル２に対する左右の位置だけでなく、両眼の奥行き情報も検出することができる。なお、具体的な位置検出手法は、従来から知られている種々の検出方法を用いることが可能である。
【００４１】
印加電圧制御部５３は、検出された視点位置に応じて可変レンズアレイ素子１の第２の電極２１に印加する電圧の制御を行うことで、表示パネル２の水平方向の画素位置に対するシリンドリカルレンズ５の形状および位置関係を視点位置に応じて変化させる。この場合、観察者の左眼３Ｌの位置には左眼３Ｌ用の視差画像のみが適切に到達し、右眼３Ｒの位置には右眼３Ｒ用の視差画像のみが到達することとなるようにシリンドリカルレンズ５の形状および位置を変化させる。
【００４２】
図７および図８では、図６と同様に２視差での立体表示を行った場合について示している。これらの図に１点鎖線で示したように視点中心Ｐ１から表示パネル２の画素４に対して立体表示の水平方向の単位画素（ここでは２画素）ごとに直線で結んだ場合を考える。図７の状態では、中心部から周辺部まで各シリンドリカルレンズ５が２つの直線間に位置するように最適化されて配置されている。これに対して、図６の状態では、周辺部に行くに連れて各シリンドリカルレンズ５の位置が２つの直線間の位置からずれた配置となってしまっている。例えば周辺部の２つの直線７１，７２の間に着目すると、図７の状態ではシリンドリカルレンズ５が直線間に位置しており、この直線間が図８に示したように、シリンドリカルレンズ５のレンズピッチｐに対応している。一方、図６の状態ではシリンドリカルレンズ５が直線間に位置していない。このような位置ずれが、クロストークを生じさせる。
【００４３】
図９は、図７に示した立体表示装置において視点が右方向に移動した場合の立体表示の状態を光学的に等価に示している。視点位置が右方向に移動した場合にも同様に、可変レンズアレイ素子１を制御する。すなわち、図９に１点鎖線で示したように視点中心Ｐ２から表示パネル２の画素４に対して２画素ごとに直線で結んだ場合、その直線間にシリンドリカルレンズ５が位置することとなるように可変レンズアレイ素子１を制御する。
【００４４】
図１０は、図７に示した立体表示装置において視点が左方向に移動した場合の立体表示の状態を光学的に等価に示している。視点位置が左方向に移動した場合にも、図１０に１点鎖線で示したように視点中心Ｐ３から表示パネル２の画素４に対して２画素ごとに直線で結んだ場合、その直線間にシリンドリカルレンズ５が位置することとなるように可変レンズアレイ素子１を制御する。
【００４５】
なお、図７〜図１０では２視差の場合の例を示したが、３視差以上の立体表示を行う場合も同様の制御を行うことで、逆視やクロストークの問題を解決することができる。
【００４６】
また、以上の説明では、逆視やクロストークの問題を解決するためにレンズ形状および位置を制御するようにしたが、さらに、視点位置の移動に応じて表示パネル２に表示する画像を変化させるようにしても良い。すなわち、視点位置に応じて、表示パネル２に表示する左眼３Ｌ用の視差画像の内容と右眼３Ｒ用の視差画像の内容とを視点位置に応じた視差情報が含まれるような内容に変化させるようにしても良い。この場合、視点移動に応じて、両眼が左右に動いた分だけ表示情報の角度を変更することで、構成上は２視差でありながら、あたかも多視点の映像を見ているかのような立体表示を行うことができる。また、カメラ５１を２台装備して左右の位置だけでなく両眼の奥行き情報も検出する場合には、奥行き方向（表示パネル２に直交するＺ方向）の視点移動に応じて表示情報を変更するようにしても良い。
【００４７】
このように、本実施の形態によれば、観察者の視点位置に応じて第２の電極２１に印加する電圧を細かく制御するようにしたので、表示パネル２の水平方向の画素位置に対するシリンドリカルレンズ５の位置関係を視点位置に応じて変化させることができる。これにより、立体表示の表示態様として、少なくとも視点位置に最適化された立体表示を行うことができ、逆視やクロストークを防止することができる。
【符号の説明】
【００４８】
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…視点中心、１…可変レンズアレイ素子、２…表示パネル、２Ａ…表示面、３Ｌ…左眼、３Ｒ…右眼、４…画素、４Ｒ…赤色用サブピクセル、４Ｇ…緑色用サブピクセル、４Ｂ…青色用サブピクセル、５…シリンドリカルレンズ、１０…第１の基板、１１…第１の電極、２０…第２の基板、２１…第２の電極、３０…液晶層、３１…液晶分子、５１…カメラ、５２…視点位置算出部、５３…印加電圧制御部、６１Ｌ…左眼用光線（画面中心部）、６２Ｌ…左眼用光線（画面周辺部）、６１Ｒ…右眼用光線（画面中心部）、６２Ｒ…右眼用光線（画面周辺部）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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